煤泥的环保能利用及其管理远距离输送新技术

我国目前煤泥年产量已超过3000万吨，尽管还有相当发热量，但煤泥特性使其输送困难，难以实现大量工业应用。若作为固体废弃物地排放或堆放，对煤矿及其周边环境会产生严重的影响。本文分析了煤泥电厂对于煤泥输送环节的要求和传统煤泥输送模式的缺点，论述了煤泥管道远距离输送系统的最新发展，包括其基本工艺特点、性能参数和主要设备组成，还详细分析了采用管道输送方法煤泥燃烧发电的经济效益和社会效益情况。煤泥管道远距离输送系统的工业应用表明其研发是极为成功的，填补了煤泥大量燃烧发电的最后一个关键技术环节，有利于促进煤炭行业循环经济的发展和经济效益的提高。

一、引言

原生洗煤泥是洗煤厂的副产品，由煤炭、矸石与粘土混合组成，一般含固量为72～77%，颗粒直径小于0.5 mm，产量约为人洗原煤的10～20%，是一种高浓度、高粘度的粘稠物料，其表观粘度变化较大(10～lO Pa.s)，均匀混合后类似于非牛顿流体，流动性小，粘结性大。原煤入洗是煤炭成为洁净燃料的最主要的手段，目前我国原煤人洗比例约为原煤产量的35%，全国煤泥产量已超过30 Mt。随着原煤入洗比例的增大，煤泥产量还会增加。

尽管原生煤泥还有相当的发热量(当含固量在65～70%时，在12500～21000 kJ／kg之间，相当于3000～5040大卡)，但煤泥特性使其难以运输，很难实现大量工业应用，因此长期被电力用户拒之门外，而民用数量则较为有限。根据对我国190座洗煤厂的调查，煤泥约70%就地排放和堆放。煤泥堆积形态极不稳定，自流而不成形，遇水即流失、风干即飞扬，作为废料遗弃，其环保问题比洗煤矸石大得多，产生了极为严重的环境污染。

经过国家自“六五”至“九五”投入了大量经费进行研究后，低热值燃料燃烧技术及循环流化床锅炉的应用已日趋成熟。循环流化床锅炉能够混烧不同煤种，还可燃用高灰低热值燃料(煤矸石和煤泥)。这种锅炉优点众多，如燃烧效率高(达97.5～99.5%)、脱硫效果好(当Ca／S摩尔比为2时可达90%以上)、氮氧化物排放量低(50～200ppm)、其他污染物(CO、HCI、HF)排放量低等。循环流化床锅炉燃烧煤泥发电是工业大量利用煤泥的最佳手段，其环保节能效果远优于任何其他方式，因此国家政策一贯积极支持。但煤泥大量有效利用问题还没有真正解决，原因在于煤泥如何才能从选煤厂直接输送到坑口电厂锅炉(通常距离为几百米、高度为几十米)，并根据锅炉温度闭环控制煤泥流量，兼顾环保、安全可靠、经济适用等要求。

至今为止我国传统的煤泥远距离输送系统已经发展两代，第一代煤泥输送模式为：装载机——转载刮板机——立式给料机——皮带机——锅炉顶部转载刮板机——立式给料机——给料罐——锅炉。第二代煤泥输送模为：装载机一转载刮板机一立式给料机一皮带机一炉前给料装置(挤压泵或进口泵送设备)。挤压泵的工作原理为当辊轮转动时将软管中的煤泥挤出，因此软管寿命低(国产软管为200小时左右)，输.出压力低(<1.5Mpa)。进口炉前给料装置由储料罐、预压螺旋和蝶阀泵组成，将煤泥经煤泥喷枪喷人锅炉。这种炉前给料系统装置价格异常昂贵，且由于使用了煤泥喷枪要求煤泥要十分“洁净”，不能混入颗粒和纤维。

总之，第一、二代煤泥输送系统因设备环节多、基建费用大、占用场地大、煤泥流量无法精确控制、炉前给料设备复杂、使用和维护费用高等原因不是理想的输送系统，因而到2001年为止，尽管我国选煤厂众多·循环流化床锅炉技术日趋成熟，但燃用煤泥的电厂不超过10家(其中有的电厂中途还改烧原煤)，因此可以说煤泥输送环节的技术难题严重制约了煤泥的大量工业综合利用。

二、煤泥管道远距离输送基本工艺

为了解决上述煤泥远距离输送技术难题，北京中矿机电工程技术研究所成功研发了“MNS煤泥管道输送系统”。该系统解决了煤泥长距离管道输送中的煤泥高压泵送、煤泥流量可控、煤泥预先处理、物料分流分配、炉前多功能给料、管道密封减振、管道磨损等一系列技术难题，具有包括煤泥成浆、贮存、搅和、输送、给料、清洗等管道输送所需的全部功能，满足锅炉燃用煤泥对于输送环节的全部要求。

根据煤泥电厂对煤泥输送的不同要求，管道输送系统可以分为“一用”、“一用一备”、“两用”、“两用一备”、“两用互备”、“三用一备”等各种布置方式。图1为“两用一备”布置方式的输送工艺原理图。

“MNS煤泥管道输送系统”主要由两部分组成，一是泵送前的预处理装置，主要设备有煤泥搓和机、上料螺旋和缓冲搅拌仓。二是输送装置，包括高压煤泥输送泵、预压螺旋、高压低摩阻复合管路、管路分配分流器、多功能给料器、电控系统等。煤泥搓和机集搓和、破碎、搅拌于一体，其作用是将状态不同的煤泥及杂物进行搓碎搅匀，并制成一定含水量的均匀高浓度煤泥浆。大倾角的上料螺旋可以将煤泥通过高速双螺旋输送装置提升到位置较高的搅拌缓冲仓，搅拌缓冲仓的作用是进一步搅拌煤泥，制成含水量约为30%的适于泵送的均匀煤泥浆，保浆储存，等待泵送，同时还具有料位控制的功能。

煤泥输送泵采用高压液压泵为动力，配以专用电液比例控制阀，推动执行机构将原生煤泥吸入和泵出，管道最大输送压力24，该泵具有煤泥泵送流量精确可控的特点；预压螺旋为齿形变螺距双螺旋给料结构，对煤泥泵产生“正压入料”，解决了因煤泥流动性差而产生的泵送“吸空”问题；高压低摩阻复合管是在钢管内套装超高分子量聚合管，由于其摩擦系数仅为一般钢管的1／7，大大降低了管道的输送阻力；管路分配器、分流器、可将煤泥在管道输送过程中进行顺利的改向、分流与分配，使多套系统可以互相备用，还保证了锅炉在多点煤泥入料时分流均匀。多功能给料器具有给料、清洗、密封、通干结、流量平衡等多种功能，是煤泥注入锅炉炉膛的关键设备；电控系统采用PLC微电脑控制，具有远程调控、实时监控、精确控制’流量的功能，实现了煤泥输送的集散控制。 管路密封采用插装式轴向密封法兰，同时采用加厚橡胶垫减小轴向振动，实现了高压输送管道的有效密封。管路固定采用了橡胶减振复合结构型管卡，彻底消除了由于管道改向所引起的径向振动.同时也能部分减少轴向振动。

1-

煤泥搓和机2-上料螺旋3-搅拌缓冲仓4-预压螺旋给料机5-浓料泵6-高压排水闷7-管路分配器8-高压低摩阻复合管9-管路分流器10-

多功能给料器11-清洗回流管12-锅炉a.1号输送系统b.2号输送系统c.备用输送系统

2-

图1MNS爆泥管道输送系统工艺流程原理图

煤泥管道输送系统主要设备安装情况见图2，该图所示是一般安装情况，可以根据生产现场的具体条件对设备的选型和安装做出调装，进行“个性化”的设计。

1- 搓和机2-上料螺旋3-搅拌缓冲仓4-预压螺旋5-煤泥泵

图2爆泥管道系统主要设备安装情况

三、煤泥管道输送系统主妻技术特点与指标

“MNS煤泥管道输送系统”的主要技术特点为：输送过程全封闭、无污染，对于煤泥，可“不落地”地由选煤厂直接输送至锅炉；输送物料浓度高，输送距离远，完全满足坑口电厂对煤泥输送的要求；系统集成浆、贮存、搅和、输送、

给料、清洗于一体，功能齐全；物料流量精确控制，满足煤泥电厂锅炉燃烧条件，并具备其他所需控制功能；物料在管内不沉淀，管内长期存料后再次启动无困难(煤泥最长达2个月)；物料预处理工艺设备简单，输送时管内可允许混入少量纤维和颗粒(<30mm)；管道布置灵活，可架空、地埋、垂直上升、任意角度转弯等；整套设备安装简便，占用空间很小；系统长期运行可靠，易于维护；当在用系统出现问题时，备用系统能够及时启用，保证用户对管道输送的需求(如锅炉稳定燃烧等)；系统自动化程度高、无人值守；基建费用大幅度降低(与其他煤泥输送模式相比)；

主要技术指标为：输送介质：煤泥(不含添加剂)等粘稠物料(如污泥、淤泥、纸浆等)；输送介质最大浓度：煤泥为67～76%；单套系统最大流量：30m3／h，无级变量；液压系统最大压力：31.5 Mpa；系统输送管道最大压力：24 MPa；输送最大距离：煤泥2000 m以上；

四、与国外先进技术水平的比较

以生产混凝土输送设备和其他各种工业泵在国际上最为著名的德国某公司(目前仍保持混凝土垂直.输送550米的世界记录)共有4个煤泥管道输送项目，其中最新一项的概况为：输送介质：各种原生煤泥(不含添加剂)；输送煤泥最大浓度：≤63%；最大流量：15m3／h；系统输送最大压力：13Mpa；系统输送最大距离：350 m；系统输送最大高度：50 m；每套输送系统价格：150万欧元，包括煤泥预先处理设备，3台泵(1台用于煤泥预先处理，2台用于2条管线输送)、2个煤泥喷枪，全套系统为单台锅炉输送煤泥。

我国某矿务局引进的美国某著名公司的煤泥输送系统目前仅作为炉前给料装置使用，其概况为：输送介质：各种原生煤泥(不含添加剂)；输送煤泥标准浓度：≤70%；最大流量：15m3／h；系统输送最大压力：13 MPa；系统输送最大距离：20 m；系统输送最大高度：15 m：每套输送系统价格：280万欧元，包括1个料·仓、3台泵、3个煤泥喷枪、3条管线，全套系统为单台锅炉输送煤泥。 与国外先进同类设备相比，MNS煤泥管道输系统具有系统完善、煤泥预先处理工艺设备和炉前给料装置简单、系统互相备用因而可靠性高等突出特点，而且掌握了煤泥在管道中的分流分配技术和复合管道减阻技术，系统输送压力、流重、尤其是送距离均超过世界同类先进技术，且价格仅为国外同类产品的1／8～1／10。

五、经济效益和社会效益分析

从2001年6月至今三年多的时间里，由于“MNS煤泥管道输送系统”日趋成熟、完善、可靠，已有50多个用户单位定购使用了近90套设备，为坑口电厂显著提高了经济效益，使煤矿的环境污染问题有了明显的改善，受到用户的极大欢迎和有关设计院所的支持。一些用户在使用后感到满意，不久就制定计划上马“二期工程”，定购新设备，增加煤泥管道输送量的规模，由此可见该系统确实能够为用户解决实际问题，带来良好的效益。

采用煤泥管道输送系统燃用煤泥发电的经济效益主要体现在以下4个方面(数据为2002年的数据)：

1.发电效益：根据对四个用户单位的调查，发电效益的粗略计算为53.8万元／万吨煤泥。

2.代替使用中煤的效益：一般认为1.5 t煤泥可以代替1吨中煤用于燃烧发电，若按照煤泥80元／t、中煤220元／t的价格计算，则效益为66.7万元／万吨煤泥，在当前煤炭价格较高的情况下，若按照煤泥100元／t、中煤320元／t的价格计算，则效益大大提高为146.7万元／万吨煤泥。因此有的煤矿在自己煤泥数量不够时购买其他单位的煤泥用于发电，节约原煤用于销售，提高效益。 3.管道代替皮带输送节省的基建费用：根据对一个用户单位的调查，皮带输送基建投资约为1300万元，管道输送基建投资约为316.4万元(安装3套设备)，节约：983.6万元，下降幅度：75.66%。

4.运行维护效益：皮带机输成本约为24.99元／吨，管道输送成本约为8.04元／t，降低16.95元／t，下降幅度为87.83%。若每年输送煤泥160 kt，煤泥输送费用可节约16.95×16=271.2万元。

采用煤泥管道输送系统燃用煤泥发电的主要社会效益为：

1.环保节能，促进煤炭行业“循环经济”的发展。传统经济是“资源一产品一污染排放”的单向线

2。符合国家政策，促进煤炭行业的可持续发展。国家经贸委2001年8月在《关于煤矸石、煤泥电厂生产运行有关问题的通知》中强调鼓励利用煤矸石、煤泥发电以减少占压土地、保护环境，有利于煤炭企m合理利用资源，提高经济效益。国家科技部制的《科技型中小企业创新基金项目指南(2002年)》把固体废弃物处理技术、资源废弃物的利用技术与产品列为本年度重点支持的创新项目，煤泥的环保节能的工业大量应用完全符合可持续发展的基本国策。

3.有利于促进原煤入选率的提高和压滤工艺的改进。目前我国原煤产量约为13亿吨左右，入选璋仅26%，大大低于发达国家。随着国家环保要求的提高、洁净煤技术的推广以及环保政策法规执行力度的加大，煤炭洗选比例势必会大大地提高。特别是我国能源结构富煤缺油，且已探明储量中低质、变质煤占有相当比例，对原煤入洗有更高的要求。煤泥的有效工业利用解除了因原煤人洗比例提高使煤泥大幅度增加而无法处理、污染环境的后顾之忧。采用管道输送设备将浓度为70%左右的煤泥输送并燃烧，使煤泥水压滤浓度控制在70%左右，压滤设备的投资可大大降低，具有显著的经济效益。4.有利于促进煤泥电厂的发展。我国现有选煤厂1800余家，很多选煤厂有条件建立坑口电厂，由于受煤泥输送方式的制约，以煤泥做燃料的煤泥电厂仅10余家(2001年以前)，煤泥输送还要花费大量费用，单位运营费用很高。煤泥长距离输送问题的最终解决，将有利于促进煤泥电厂的发展，使煤炭行业的效益获得较大提高。

六、结语

煤泥管道输送系统与传统的输送方式相比具有管道封闭无污染、管道布置灵活节省空间、基建费用大幅降低、煤泥流量控制精确、系统环节简单造价低廉、运行可靠维护简便、无人值守连续作业、管内长期存料再次启动无困难、实时监控和集散控制以及遥控均可实现等一系列突出优点，可以做到“全封闭、高浓度、长距离、易控制、低损耗”，几乎克服了传统输送模式的所有缺点，填补了煤泥有效利用的最后一个关键技术环节，使煤泥环保节能大量工业应用成为现实，促进了煤炭行业循环经济的发展，提高了煤炭行业的经济效益。高浓度粘稠物料(煤泥仅是其中一种)的管道远距离输送的工业应用在我国仅仅是开始，随着研究工作的开展。这种输送方法可以扩展至城市污泥、造纸废渣污泥等远距离输送和处理，甚至扩展至井下回填等需要“固体管道输送”的场合。

参考文献：

〔1〕王敦曾，煤泥燃烧的现状及发展建议，中国煤炭第25卷第5期，1999.05 〔2〕张小巍，煤泥煤矸石混烧技术的开发应用，中国煤炭第25卷第12期，1999.12

〔3〕李剑锋，煤泥、煤矸石发电大有作为，中国资源综合利用，2000.09 〔4〕朱昌广、黄洪文，煤泥发电技术及效益分析，煤炭加工与综合利用，2001年第1期

〔5〕徐秀国，南屯电厂220t／h循环流化床煤泥、煤矸石混烧锅炉的方案设计，洁净煤技术，2001年第7卷第1期

〔6〕杨家林，芦岭电厂煤泥泵送系统的设计及运行，煤矿机械，2001年第7期

〔7〕董志召，兖矿集团发展煤泥煤矸石电厂的研究，中国煤炭第26卷第8期，2000.08

〔8〕杨家林等，高浓度洗煤泥泵与管道输送系统设计，煤矿机械，1997年第6期

〔9〕由振圃等，高浓度煤泥浆制备及在35t／h流化床锅炉燃烧的研究和设计，选煤技术，1997年8月作者简介吴淼：中国矿业大学（北京校区）机电局信息工程学院院长、教授、博导。

六、结语

煤泥管道输送系统与传统的输送方式相比具有管道封闭无污染、管道布置灵活节省空间、基建费用大幅降低、煤泥流量控制精确、系统环节简单造价低廉、运行可靠维护简便、无人值守连续作业、管内长期存料再次启动无困难、实时监控和集散控制以及遥控均可实现等一系列突出优点，可以做到“全封闭、高浓度、长距离、易控制、低损耗”，几乎克服了传统输送模式的所有缺点，填补了煤泥有效利用的最后一个关键技术环节，使煤泥环保节能大量工业应用成为现实，促进了煤炭行业循环经济的发展，提高了煤炭行业的经济效益。高浓度粘稠物料(煤泥仅是其中一种)的管道远距离输送的工业应用在我国仅仅是开始，随着研究工作的开展。这种输送方法可以扩展至城市污泥、造纸废渣污泥等远距离输送和处理，甚至扩展至井下回填等需要“固体管道输送”的场合。

参考文献：

〔1〕王敦曾，煤泥燃烧的现状及发展建议，中国煤炭第25卷第5期，1999.05 〔2〕张小巍，煤泥煤矸石混烧技术的开发应用，中国煤炭第25卷第12期，1999.12

〔3〕李剑锋，煤泥、煤矸石发电大有作为，中国资源综合利用，2000.09 〔4〕朱昌广、黄洪文，煤泥发电技术及效益分析，煤炭加工与综合利用，2001年第1期

〔5〕徐秀国，南屯电厂220t／h循环流化床煤泥、煤矸石混烧锅炉的方案设计，洁净煤技术，2001年第7卷第1期

〔6〕杨家林，芦岭电厂煤泥泵送系统的设计及运行，煤矿机械，2001年第7期

〔7〕董志召，兖矿集团发展煤泥煤矸石电厂的研究，中国煤炭第26卷第8期，2000.08

〔8〕杨家林等，高浓度洗煤泥泵与管道输送系统设计，煤矿机械，1997年第6期

〔9〕由振圃等，高浓度煤泥浆制备及在35t／h流化床锅炉燃烧的研究和设计，选煤技术，1997年8月作者简介吴淼：中国矿业大学（北京校区）机电局信息工程学院院长、教授、博导。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9e5g.html